JP3438005B2 - プレス機械のブレークスルー緩衝装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はプレス機械で素材打抜
き加工時に発生するブレークスルーを緩衝して振動や騒
音を低減するために設けられたプレス機械のブレークス
ルー緩衝装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プレス機械においては、素材が打ち抜か
れる際に所謂ブレークスルー現象が発生し、これに伴っ
て破断音及び振動が発生する。

【０００３】かかるブレークスルーを緩衝するための機
構を備えた従来技術として特開昭５２−１９３７６号公
報がある。

【０００４】この従来技術においては、ボルスタ上のダ
イブロック内に複数の油圧シリンダをそのピストンがダ
イブロックから突出するように設けるとともに、各油圧
シリンダを絞り弁を介して１つの油タンクに接続しかつ
この油タンクのピストンの他方面に圧縮空気を作用させ
るようにしており、各油圧シリンダおよび油タンク間の
油の抵抗と絞り弁によってブレークスルーを緩衝するよ
うにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術では、緩衝タイミングを微調整するための構成が
設けられてはいなので、ブレークスルーを効果的に緩衝
し得ない。すなわち、ブレークスルーを緩衝し騒音を効
果的に低減するためには、緩衝のタイミングを素材の打
ち抜きタイミングに対応して微妙に調整することが必要
になるが、最適な緩衝タイミングは、打ち抜き条件（素
材板厚さ、パンチ形状、大きさ、素材材質、あるいは温
度など）により変化するので、都度適正な緩衝タイミン
グを設定するのは非常に困難である。

【０００６】またこの従来技術では、絞り弁による流れ
抵抗を利用しているため、ブレークスルーの後にスライ
ドは流れ抵抗に打ち勝って下降しなければならず、プレ
スに余計な仕事をさせてしまう問題がある。

【０００７】また、この従来技術においては、作動油の
抵抗や緩衝用のピストンの摩擦力などによる応答の遅れ
を考慮してタイミング調整を行っていないので、所望す
る位置に緩衝用ピストンを正確に位置させることができ
ない問題がある。

【０００８】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、プレスに余計な仕事をさせることなくブレー
クスルーの緩衝を行うと共に、緩衝用ピストンを所望の
タイミング位置に正確に位置させることができるプレス
機械のブレークスルー緩衝装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明では、
プレス機械のガイドポストに対向して設けられ緩衝ピス
トンが内蔵された緩衝油圧シリンダを有し素材打抜き時
のブレークスルーを緩衝する緩衝機本体と、前記緩衝油
圧シリンダに油路を介して連結され油およびエアが充填
されたタンクと、このタンク内のエア圧を可変制御して
該タンクに連結される前記緩衝機本体の緩衝ピストンの
高さ位置を調整する調整手段とを具えたプレス機械のブ
レークスルー緩衝装置において、前記調整手段は、前記
タンク内のエア室に連通され、入力された指令値に対応
するエア圧を発生するよう前記タンク内のエアを排気す
る排気動作及び前記タンクにエアを供給する吸気動作を
実行する圧力制御弁と、該圧力制御弁の前記タンクに対
する連結の有無を切り換える開閉動作を行うカットオフ
弁と、前記圧力制御弁に目標緩衝ピストン高さに対応す
るエア圧指令値を与える制御手段とを具えるようにして
いる。

【００１０】すなわち本発明によれば、緩衝油圧シリン
ダ内の油圧をエア圧を調整制御することによって変化さ
せ、これにより緩衝ピストンの高さ位置を調整する。ま
た、エア圧の調整は、指令値に対応するエア圧を発生す
る圧力制御弁によって行うと共に、圧力制御弁とタンク
との間にカットオフ弁を介在させ、このカットオフ弁の
オンオフによって圧力制御弁をタンクに連結してエア圧
を作用させるか否かの切換を行う。

【００１１】

【実施例】以下この発明を添付図面に示す実施例に従っ
て詳細に説明する。

【００１２】図２に、ブレークスルー緩衝装置を装填し
たプレス機械を示す。図２(a)は正面図、図２(b)は側面
図である。

【００１３】図２において、上下動するスライド１には
上型２が固設され、また上型２には、パンチ３及び複数
のガイドポスト４が取り付けられている。また、ボルス
タ５には下型６が取り付けられ、下型６にはダイス７が
取り付けられている。

【００１４】下型６のガイドポスト４と対向する位置に
は緩衝機本体８がそれぞれ設けられている。

【００１５】緩衝機本体８は、図３に示すように、ガイ
ドポスト４に当接する緩衝ピストン９と、油が充填され
た油圧シリンダ１０と、バネ１１と、ガイドポスト４が
貫通する孔が形成されたリング１２とで構成されてい
る。油圧シリンダ１０は油路１３を介してタンク１４に
接続されている。

【００１６】タンク１４は、図４に示すように、ピスト
ン１５によって画成されており、油路１３につながる室
には油が充填され、もう一方の室には空気が供給されて
いる。なお、タンク１４において、ピストン１５を省略
して空気を油に直接接するように構成してもよい。

【００１７】ここで、タンク１４内の空気室の圧力をＰ
a、空気室側受圧面積をＡa、油圧室側受圧面積をＡoと
すれば、油圧室内の油圧Ｐoは、 Ｐo＝Ｐa・Ａa／Ａo となり、この油圧Ｐoが緩衝機本体８の緩衝ピストン９
に作用する。

【００１８】また、緩衝ピストン９の断面積をＡ、バネ
１１のバネ定数をｋ、バネ１１の撓み量をｘとすると、 Ｐo・Ａ＝ｋ・ｘ となるつりあい位置で緩衝ピストン９は静止する。

【００１９】したがって、タンク１４内の空気室内のエ
ア圧を制御することにより緩衝ピストン９の高さ位置、
即ち緩衝タイミングを調整することができる。

【００２０】図５は、上記空気室内のエア圧を調整する
調整装置１６を示すもので、工場からのエアをフィルタ
リングするエアフィルタ１７、圧力制御弁１８、および
カットオフ弁１９を有して構成されている。

【００２１】圧力制御弁１８としては、内部に圧力セン
サとコントロール部を内蔵し、外部からの指令信号によ
って２次側圧力を制御する電−空レギュレータを用い、
この圧力制御弁によってコントローラ２０からの指令信
号に対応するエア圧を発生するよう前記タンク１４内の
エアを排気する排気動作及び前記タンク１４にエアを供
給する吸気動作を実行させる。すなわちこの場合、圧力
制御弁１８は、内部圧力センサの出力をフィードバック
信号として指令信号に対応するエア圧となるように排気
又は吸気動作を実行するものである。

【００２２】カットオフ弁１９は、圧力制御弁１８とタ
ンク１４を連結するか否かのオンオフ切換を行うもので
あり、ブレークスルー時の過大油圧が圧力制御弁１８に
直接作用しないようにするための保護弁としての作用も
なす。

【００２３】図６は制御系の構成を示すものである。

【００２４】プレス負荷センサ２１で検出したプレス負
荷信号、スライド加速度センサ２２で検出したスライド
加速度信号、クランク角度センサ２３で検出したクラン
ク角度信号、および油圧センサ２４で検出した緩衝シリ
ンダ１０内の油圧値、エア圧センサ２５で検出したタン
ク内エア圧力がコントローラ２０に入力される。

【００２５】コントローラ２０はこれら入力された検出
値に基づいて下述する演算処理を行い、該演算結果に基
づいて緩衝ピストン９の上下位置を調整制御する。

【００２６】ここで、ブレークスルー時のスライド加速
度と、緩衝タイミングの遅早との関係は、例えば図７に
示すようになる。すなわち、この図７に示すグラフは、
打ち抜き加工の際のブレークスルーが発生する時点のス
ライド加速度を、緩衝タイミングを各種変化させてプロ
ットしたものであり、図７によれば、ブレークスルー時
のスライド加速度が最小になる最適タイミングが存在す
る。

【００２７】また、スライド加速度と相関が高い信号、
例えば騒音レベルと緩衝タイミングの関係も、先の図７
と同様になる。

【００２８】従ってこの場合、コントローラ２０におい
ては、緩衝ピストン９の高さ位置を順次変更しながら打
ち抜き加工を行い、これら各打ち抜き加工の際のブレー
クスルー時のスライド加速度センサ２２（または騒音
計）の検出出力を取り込み、これら取り込んだ各検出出
力のうちの最小値となる緩衝ピストン９の高さ位置を最
適タイミング位置として決定する。

【００２９】かかる最適タイミング位置を探査する手法
としては、緩衝ピストンの移動可能領域の全領域を探査
する、所定の打ち切り条件を満足するまで探査を行う等
の各種手法が考えられるが、かかる探査については本発
明とは直接関係ないので、これ以上の説明は省略する。

【００３０】すなわちこれ以降の説明は、最適タイミン
グ位置を得るために緩衝ピストン９の高さ位置を移動操
作する際や、決定された最適タイミング位置に緩衝ピス
トン９を位置させる際に、緩衝ピストン９を意図した位
置にできるだけ高精度に位置させる為の制御手法に関す
るものである。

【００３１】以下、図１のフローチャートおよび図８の
グラフに従ってその制御手法について説明する。

【００３２】図８は、緩衝機本体８内のシリンダ内の油
圧値を初期圧力から目標圧力に変更する場合の、クラン
ク角度と上記緩衝機本体８内のシリンダ油圧値の関係を
示すものである。

【００３３】ここで、同図に示すように、スライド１周
期の間に、緩衝ピストン９の高さ位置を変更する制御を
行うことができる制御可領域（カットオフ弁１９が開）
と、上記制御行うことを禁止する制御不可領域（カット
オフ弁１９が閉）を設けている。制御不可領域はブレー
クスルー前後の圧力変動の大きな所定期間とする。

【００３４】ここで、高速の連続打ち抜きを想定した場
合、圧力制御弁１８に指令値を実際に与えてからその指
令値に対応する位置まで緩衝ピストン９が実際に移動す
るまでの間の時間的遅れ（作動油の抵抗や緩衝ピストン
の摩擦力などによる）、制御可領域はできるだけ長い期
間に設定したほうが望ましいが、ブレークスルー近傍の
急激な圧力変動を考慮するとそれにも限度がある。

【００３５】したがって、ブレークスルーの後に制御を
開始するクランク角度ａは、ブレークスルー後、緩衝シ
リンダ内の油圧が減少している時間帯の適宜時点に設定
する必要が出てくる。そして、この時間帯の油圧は目標
圧力より必然的に大きくなるので、圧力制御弁１８によ
る圧力制御においては必ず排気を行うことになる。した
がって、この後油圧が減少してきて目標圧力に到達した
としても、前記排気動作によって油圧は目標圧力より一
旦下がった後、再度目標圧力に向けて上昇し、目標圧力
で安定する。

【００３６】以上の現象を考慮すると、油圧が目標圧力
に１回目に横切った時点ｂでカットオフ弁１９を閉にし
て制御を中止すると、最終的なシリンダ内圧力は目標値
よりもかなり小さな値となってしまう。

【００３７】そこで、本制御手法では、制御可領域にな
った後、油圧が一旦目標値を下回った後、現在圧力≧目
標圧力が成立した場合に、カットオフ弁を閉にして制御
を中止するようにしている。

【００３８】以下、図１にしたがって、その詳細を説明
する。

【００３９】図１において、コントローラ２０は、圧力
制御弁１８に所定の指令値（緩衝ピストン９の高さ位置
をタンク１４内の空気室内のエア圧に換算した指令値）
を送出する（ステップ１００）。これにより、圧力制御
弁１８が始動し、入力された指令値に対応するエア圧を
発生するべく動作する。なお、この時点では、カットオ
フ弁１９はオフされている。

【００４０】次に、コントローラ２０は、クランク角度
センサ２３の検出クランク角を取り込み、現在のクラン
ク角が制御可領域に入っているか否かを判定する（ステ
ップ１３０）。そして、制御可領域に入っている場合に
限り、カットオフ弁１９を開にして、圧力制御弁１８と
タンク１４を連通する。（ステップ１４０）。

【００４１】次に、コントローラ２０は、再度クランク
角を取り込み、制御可領域に入っているか否かを再度判
定する（ステップ１５０、１６０）。また、コントロー
ラ２０は上記クランク角信号とともに、エア圧センサ２
５からエア圧信号を取り込み（ステップ１５０）、上記
ステップ１６０判定においてYESと判定された場合に限
って上記取り込んだ現在のエア圧値を設定されている目
標エア圧と比較する（ステップ１７０）。

【００４２】この比較において、現在圧＜目標圧の場合
は、フラグFlagを１にする（ステップ１８０）。このフ
ラグFlagは、現在圧が目標圧を下回ったことが発生した
ことを識別するためのものであり、このフラグFlagは現
在圧が目標圧を上回った時点でリセットされる。

【００４３】また、コントローラ２０は、上記ステップ
１７０の比較において、現在圧が目標圧より大きい場合
は、現在フラグFlagが１であるか否かを判定し（ステッ
プ１９０）、Flagが１である場合に限って、さらに現在
圧≧目標圧であるか否かを判定する（ステップ２０
０）。

【００４４】そして、現在圧≧目標圧となった時点でカ
ットオフ弁１９をオフにし、さらに圧力制御弁１８に対
する指令値の出力を停止する（ステップ２００、２１
０）。次に、コントローラ２０は、再度クランク角信号
及びエア圧力信号を取り込む（ステップ２３０）。そし
て、これら信号に基づいてスライドが上死点近傍の所定
エリア（例えば、クランク角度０〜８０゜，３５０〜３
６０゜）にいるか否かを判定し（ステップ２４０）、YE
Sの場合に現在のエア圧が許容値以内に入っているか否
かを判定する（ステップ２５０）。すなわち、例えば、
1.000気圧を1.004気圧に変更するときに、目標圧1.004
気圧に対し±１％以内の誤差でであれば圧力は許容値以
内に入っていると判定する。

【００４５】以上のような動作を、指令値が変更される
度に実行する。図８の例は目標圧を上昇させる場合であ
るが、目標圧を下げる場合も全く同様の制御を行うよう
にしている。

【００４６】ところで、プレスが連続打ち抜きを行う
際、緩衝ピストン９は、最初はシリンダ内油圧とバネ１
１の付勢力のつりあい位置で停止している。この状態
で、連続打ち抜きが開始されると、緩衝ピストン９は、
ブレークスルーの後最下位置に強制的に移動され、スラ
イドが下死点を過ぎると、前述したバネ力と油圧力のつ
りあい位置に復帰しようとする。しかし、、前述したよ
うに緩衝ピストン９は緩衝ピストン自体が持つ摩擦力や
作動油の抵抗によってその動きに応答遅れがあるので、
その復帰速度には自ずと上限がある。

【００４７】したがって、連続打ち抜きの速度が低速の
場合は問題がないが、その速度が高速になってきた場合
に図９(a)に示すような問題が発生する。

【００４８】すなわち、図９(a)においては、緩衝ピス
トン９がブレークスルーを経て元の位置に復帰しようと
している途中でガイドポスト４と緩衝ピストン９の接触
が開始されてしまい、初期の緩衝効果が得られなくなっ
ている。

【００４９】そこで、このような高速連続打ち抜きの場
合は、図９(b)に示すように、圧力Ｐ（＝ｋ・ｘ／Ａ）
なる位置に緩衝ピストン９が位置しているときにブレー
クスルーが生じるようにしたい場合は、緩衝ピストン９
の移動速度を考量して圧力指令値の増減量ΔＰを決定
し、圧力指令値を（Ｐ＋ΔＰ）として圧力制御するよう
にする。

【００５０】なお、実施例では、圧力制御弁１８に圧力
センサを内蔵してこの圧力センサの出力を用いてフィー
ドバック制御を行うようにしたが、タンク１４内に設け
たエア圧センサ２５を用い、このセンサ２５と電磁弁
（流量制御弁＋オンオフ弁）の組み合せによって圧力制
御を行うようにしてもよい。

【００５１】なお、複数の緩衝機本体８は１つの緩衝タ
イミング機構によって制御するようにしてもよく、また
各緩衝機本体に各別に設けれた緩衝タイミング機構によ
ってそれぞれ制御するようにしてもよい。

【００５２】また、実施例では、緩衝機本体を下型に設
けるようにしたが、必ずしも下型に設ける必要はなく、
他にボルスタ等に配設するようにしてもよい。

【００５３】また、緩衝タイミング調整機構の構成も実
施例に示したものと同等の機能を達成できるものであれ
ば、他の任意の機構を採用するようにしてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
圧力制御弁及びカットオフ弁による構成によってエア圧
を制御することにより緩衝機本体内の油圧を制御して緩
衝ピストンの高さ位置を調整するようにしているので、
簡単な構成によってプレスに余計な仕事をさせることな
くブレークスルーの緩衝を行うことができると共に、緩
衝用ピストンを所望のタイミング位置に正確に位置させ
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すフローチャート。

【図２】ブレークスルー緩衝装置を具えたプレス機械を
示す図。

【図３】緩衝機本体の構成例を示す図。

【図４】タンク内の構成を示す図。

【図５】圧力制御系の構成を示す図。

【図６】制御系の構成を示す図。

【図７】スライド加速度と緩衝タイミングの関係を示す
グラフ。

【図８】緩衝シリンダ内油圧とクランク角度の関係を示
すグラフ。

【図９】圧力指令値を決定する手法を説明するためのグ
ラフ。

【符号の説明】 １…スライド ２…上型 ３…パンチ ４…ガイドポスト ５…ボルスタ ６…下型 ７…ダイ ８…緩衝機本体 ９…緩衝ピストン １０…緩衝シリンダ １１…バネ １２…リング １３…油路 １４…タンク １５…ピストン １６…調整装置 １７…フィルタ １８…圧力制御弁 １９…カットオフ弁 ２０…コントローラ ２１…プレス負荷センサ ２２…スライド加速度センサ ２３…クランク角度センサ ２４…油圧センサ ２５…エア圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 賢二 石川県小松市八日市町地方５ 株式会社 小松製作所 小松工場内 (56)参考文献 実開 平４−94198（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 28/00 - 28/02 B21D 28/24 B30B 15/00 - 15/02 B30B 15/28

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレス機械のガイドポストに対向して
   設けられ緩衝ピストンが内蔵された緩衝油圧シリンダを
   有し素材打抜き時のブレークスルーを緩衝する緩衝機本
   体と、前記緩衝油圧シリンダに油路を介して連結され油
   およびエアが充填されたタンクと、このタンク内のエア
   圧を可変制御して該タンクに連結される前記緩衝機本体
   の緩衝ピストンの高さ位置を調整する調整手段とを具え
   たプレス機械のブレークスルー緩衝装置において、 前記調整手段は、 前記タンク内のエア室に連通され、入力された指令値に
   対応するエア圧を発生するよう前記タンク内のエアを排
   気する排気動作及び前記タンクにエアを供給する吸気動
   作を実行する圧力制御弁と、 該圧力制御弁の前記タンクに対する連結の有無を切り換
   える開閉動作を行うカットオフ弁と、 前記圧力制御弁に目標緩衝ピストン高さに対応するエア
   圧指令値を与える制御手段と、 を具えることを特徴とするプレス機械のブレークスルー
   緩衝装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、 スライド１周期のうち、緩衝機本体の油圧変動が大きい
   ブレークスルー時点前後の期間を除いた期間を、前記カ
   ットオフ弁を開にすることができる制御可期間として予
   め設定し、この制御可期間において前記カットオフ弁を
   開にした後、前記タンク内のエア圧がエア圧指令値より
   小さくなったことを検出し、この検出後タンク内エア圧
   がエア圧指令値以上となった時点で前記カットオフ弁を
   閉とするように制御することを特徴とする請求項１記載
   のプレス機械のブレークスルー緩衝装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、緩衝機本体の油圧変
   動が大きいブレークスルー時点前後の期間では、前記カ
   ットオフ弁を閉とするように制御することを特徴とする
   請求項１記載のプレス機械のブレークスルー緩衝装置。